Departamento de Física Nuclear y Física Estadística

Fenómenos sorprendentes en núcleos exóticos (y núcleos en condiciones exóticas)

Andrea Jungclaus

introducción núcleos atómicos a alto momento angular y alta energía de excitación cambios en las propiedades globales cambios en la estructura de capas nuevos modos de desintegración

March 21, 2013 – IEM

                                                                                                                                                                       Instituto  de  Estructura  de  la  Materia  –  Consejo  Superior  de  Investigaciones  Científicas  

El paisaje nuclear

neutrones

prot

ones

~ 300 núcleos

estables

~1000 núcleos conocidos

miles de núcleos aún no conocidos “terra incognita”

números mágicos

Porque queremos estudiar mas y mas núcleos mejor y mejor ???

La estructura de capas en los núcleos atómicos

2

8

20

40

70

112

82

50

8

2

20 28

126

0

1

2

3

4

5

6

1s1/2

1p3/2 1p1/2

1d5/2 2s1/2 1d3/2

1s

1p

1d

2s

1f

2p 1g

2d 3s

1i 3p

2f 1h

1f7/2

2p3/2 1f5/2 2p1/2 1g9/2

2d5/2 1g7/2 3s1/2 2d3/2 1h11/2 2f7/2

1h9/2 1i´13/2

3p3/2 2f5/2

3p1/2

harm. osc. + l*s + l2

Hamiltonian:

Eigenwerte:

números mágicos

núcleos deformados

núcleos esféricos

Deformación calculada (Möller-Nix)

excitaciones mono-particulares → modelo de capas vibraciones → modelos colectivos

La física nuclear „clásica“

núcleo esférico

núcleo oblado

núcleo prolado

rotaciones y vibraciones → modelos colectivos

ωrot ~  ωvib ~  ωSP

interacciones !

Interés especial de la física nuclear !

j1 →

j2 →

Er90 68 158 Gd83

147 64

núcleo deformado bandas rotacionales regulares

(movimiento colectivo)

0+ 7/2-

ener

gía

de e

xcita

ción

[MeV

]

núcleo esférico estructuras irregulares

(excitación de núcleons individuales)

EUROBALL

Núcleos en condiciones exóticas: Alto espín, alta energía de excitación, alta temperatura

152Dy

estados no colectivos

bandas triaxiales

bandas superdeformados

Gammasphere

El paisaje nuclear

neutrones

prot

ones

~ 300 núcleos

estables

~1000 núcleos conocidos

miles de núcleos aún no conocidos “terra incognita”

números mágicos

números mágicos

número de neutrones

núm

ero

de p

roto

nes

El tamaño nuclear y las distribuciones de densidades

12 fm

208Pb

7 fm

48Ca

R = r0·A1/3 r0 = 1.1-1.2 fm

el espesor t de la superficie nuclear es constante protones y neutrones estan mezclados uniformemente

a=0.54 fm

T. Suzuki et al., Phys. Rev. Lett. 75 (1995) 3241

Las pieles de neutrones: El ejemplo de los Sodios

radios de carga desplazamientos isotópicos

de espectroscopia laser

radios nucleares secciones eficaces de interacción

&

radios de neutrones

proton

neutron

Incremento gradual de la piel de neutrones con el número de neutrones !

estable

Nuevos modos de excitación: la resonancia Pygmy

Intensidad dipolar E1 en núcleos atómicos:

excitación de dos fonones

resonancia dipolar gigante

resonancia dipolar Pygmy (Pigmea)

H He

Li Be B C

N O

F Ne

Na Mg

d d d

2

2

8

8 20

1n Halo Borromean ´core´+4n 1p Halo

Li

8 12 16 20

3.0

3.5

2.5

N

n

p

Na

A

radi

o [fm

]

Radios nucleares – Halos y pieles de neutrones

Hay que tener cuidado con la extrapolación de nuestro conocimiento de los núcleos estables a los núcleos lejos de la estabilidad !

Cambios en la estructura de capas

2

8

20

40

70

112

82

50

8

2

20 28

126

0

1

2

3

4

5

6

1s1/2

1p3/2 1p1/2

1d5/2 2s1/2 1d3/2

1s

1p

1d

2s

1f

2p 1g

2d 3s

1i 3p

2f 1h

1f7/2

2p3/2 1f5/2 2p1/2 1g9/2

2d5/2 1g7/2 3s1/2 2d3/2 1h11/2 2f7/2

1h9/2 1i´13/2

3p3/2 2f5/2

3p1/2

harm. osc. + l*s + l2

Hamiltonian:

Eigenwerte:

N=20 y la “isla de inversión” 40Ca

N=20

38Ar

36S

34Si

32Mg

30Ne

28O

f7/2 d3/2

d5/2

s1/2 20

28

1d5/2

2s1/2 1d3/2

1f7/2

sd

pf

Configuración normal

20

28

1d5/2

2s1/2 1d3/2

1f7/2

sd

pf

Configuración intrusa

Figura consistente gracias a la amplia información experimental !

línea de goteo

Nuevos modos de desintegración

Modos de desintegración “clasicos”: beta minus, beta plus, emisión alpha, fissión

V

r

En la línea de gotéo de protones: interacción fuerte no es capaz a ligar el último proton →  retenido por dentro por la barera Coulombiana

radiactividad de 1 proton: Discubierto 1981 en el GSI radiactividad de 2 protones: Predicho en los años 60

Radiactividad de dos protones

(Z-2,N)

(Z,N)

2p

Sp

Γ2

Γ1

Sp > Γ1 + Γ2

•  en algunos núcleos con Z par •  a causa de apareamiento •  predicho en los años 60 •  descubierto en 2002

Radiactividad 2p

48Ni

20 28

28

54Zn

45Fe

Los mejores candidatos

La idea (2007): Regreso a técnicas fotográficas

PMT

CCD visible light

1 µs/cm

Gate

Optical time projection chamber

Ionization electrons from the stopping of the charged particles drift to the right, are amplified and their wave length shifted to the visible region.

Foto digital de las desintegraciones !

Reconstrucción de posición en tres dimensiones: x,y CCD camera z drift time

K. Miernik et al. Nucl. Instr. Meth. A581 (2007) 194

Radiactividad de dos protones en 45Fe

fragmentación de 58Ni @ 161 MeV/u separador A1900 en el NSCL, MSU (EEUU)

45Fe

CCD foto

248 iones de 45Fe identificados 125 desintegraciones observados (87 2p, 38 βp) 2p braching ratio: 70(4)%

T1/2 = 2.63(18) ms

K. Miernik et al., Phys. Rev. Lett. 99 (2007) 192501

Δφ

La correlación angular entre los protones

experimento

teoría

3 cuerpos 2He

ruptura a tres cuerpos

K. Miernik et al., Phys. Rev. Lett. 99 (2007) 192501

La desintegración β de 45Fe

β2p

10

β3p

K. Miernik et al. Phys. Rev. C76 (2007) 041304(R)

Primera observación de una desintegración β3p !

4

βp

24

El paisaje nuclear

neutrones

prot

ones

~ 300 núcleos

estables

~1000 núcleos conocidos

miles de núcleos aún no conocidos “terra incognita”

números mágicos

halos y pieles de neutrones

cambios en los números mágicos

superdeformación, hiperdeformación, coexistencia de forma, emisión de partículas cargadas desde estados excitados

radiactividad 2p